摘要：目前国内以煤为原料制备乙二醇主要有两条工艺路线：一是烯烃法，以煤为原料，通过气化、变换、净化后得到合成气，经甲醇合成，甲醇制乙烯（MTO工艺）得到乙烯，再经乙烯环氧化、环氧乙烷水合及产品精制最终得到乙二醇，该过程将煤制烯烃与传统石油基路线乙二醇生产工艺相结合，技术较为成熟，但成本相对较高；二是草酸二甲酯法，以煤为原料，通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到一氧化碳（CO）和氢气，其中一氧化碳通过催化偶联合成草酸二甲酯，草酸二甲酯再与氢气进行加氢反应并通过精制后获得乙二醇，该工艺流程短，生产成本低，是目前国内关注度最高的煤制乙二醇技术。基于此，本文主要对煤制乙二醇技术及在聚酯纤维生产中的应用进行分析探讨。
关键词：煤制乙二醇技术；聚酯纤维；生产应用
1、前言
随着大量的煤制乙二醇进入市场，聚酯生产中使用煤制乙二醇与石油基工艺路线的产品有何不同，对聚酯产品的质量有何负面影响，以及如何解决这些问题，已成为众多技术人员关注的课题。
2、煤制乙二醇产能概况及各工艺路线的比较
截至2018年 3月，中国的煤化工制乙二醇装置总产能为357万t/a，在建产能453万t/a，拟建产能为2 796万t/a，相比传统的石油化工工艺路线，煤制乙二醇具有较好的成本优势。我国的煤制乙二醇项目大部分集中在煤炭资源丰富的西部地区，其中新疆、陕西及内蒙共占全国总产能的53%。在煤制乙二醇项目中，甲醇制烯烃工艺路线的产能约为148 t/a，约占煤制乙二醇总产能的41%。由于结合了乙烯生产技术，因此甲醇制烯烃工艺路线较之草酸二甲酯工艺路线对应的化学反应过程更为复杂，流程长且工序多，生产成本较高，投资额巨大，一般可达200多亿元，而草酸二甲酯工艺路线的生产装置投资费用约为甲醇制烯烃的1/4。
在全球石油资源短缺造成油价持续走高的背景下，通过煤制乙二醇的发展可以降低石油资源的对外依存度，未来中国企业扩大煤制乙二醇的产能确实是明智的发展方向。对于这两种煤制乙二醇工艺路线与石油化工工艺路线的比较如表 1 所示。
表 1 煤制乙二醇的两种工艺路线及石油化工路线比较
3、煤制乙二醇在聚酯纤维生产中的应用
煤制乙二醇的工业化发展前景关键在于如何扩大在聚酯纤维工业中的应用，因为聚酯纤维的应用占乙二醇消费市场的90%以上，从目前乙二醇国家标准的质量指标很难对煤制乙二醇的质量下结论，最有说服力的论证就是在聚酯纤维生产中的实际应用。在使用过程中必须确保原有生产装置的稳定运行，逐渐提高煤制乙二醇在石油基乙二醇中的混合比例，密切注意聚酯切片的外观质量变化，主要指标是聚酯切片的色值（L值及b值，其中，L值代表白度，b值为正代表颜色偏黄），同时跟踪聚酯纤维的纺丝性能变化，主要指标是强度、伸长率及相应的CV值，纺丝的断头数也是判断纺丝性能变化比较直观的指标。下文将以某聚酯熔体直纺企业试用煤制乙二醇的过程来分析应用过程中存在的问题和相关的应用方法。
3.1 煤制乙二醇在聚酯装置中的使用情况说明
自2016年 8 月起，该企业开始陆续使用煤制乙二醇，由于采购计划存在不确定性，因此在生产中很难做到煤制乙二醇在石油基乙二醇中的混合比例保持稳定不变。根据实际生产情况采集了不同时段的聚酯产品质量数据，这些时段的乙二醇混合比例相对稳定，且混合比例在一定范围内，具备了说明原料使用对聚酯产品质量影响的基本条件。
3.2煤制乙二醇在聚酯生产中的应用方法
通过以上煤制乙二醇的试用情况分析，可以明确如全部使用煤制乙二醇，最终产品的质量风险是非常高的，其次可以论证不同混合比例试用的可行性。采用甲醇制烯烃工艺路线制得的乙二醇完全可以在聚酯生产中使用，因为乙烯生产环氧乙烷及环氧乙烷水合生产乙二醇的工艺路线实际上与石油化工生产乙二醇的工艺路线是一致的，反应副产物甲醛与乙醛完全可以在乙二醇精制过程中从精馏塔顶部采出，少量的残留物也可以在聚酯生产时从工艺塔中脱除。
对于草酸二甲酯工艺路线则需相对谨慎，因为反应副产物草酸会在产品乙二醇中残留，进入聚酯生产工序时无法完全从工艺塔的塔顶脱除，进而在后续进入缩聚工序时发生了一定量的支链反应，造成聚合物热稳定性下降，乙醇酸或草酸不断生成并累积会使设备腐蚀，产生的铁离子会催化聚合物的降解反应。因此在聚酯熔体直纺中不可在石油基乙二醇中过多混入煤制乙二醇，建议常规品种为主的聚酯生产中混合比例不超过40%，细旦丝为主要产品的聚酯生产混合比例不超过20%。国内一些聚酯装置以生产改性聚酯品种为主，如阳离子、碱溶性及低熔点产品等，由于这些聚酯产品的热稳定性相对常规聚酯品种差一些，煤制乙二醇的混合比例不能过高，建议在20%以下。
对于瓶级及膜级聚酯，由于该聚酯品种对透光度要求很高，即产品的L值要求大，b值要求小，应该高度关注这些关键技术指标对后加工应用的负面影响，因此不建议混合使用煤制乙二醇与石油基乙二醇。当然，在草酸二甲酯工艺路线生产煤制乙二醇的过程中，如能进一步降低草酸或乙醇酸的含量，则将另当别论。按照目前的技术发展情况，后续应该可以在聚酯生产中不断提高煤制乙二醇的使用比例。
4、结语
通过对甲醇制烯烃和草酸二甲酯两种乙二醇生产的工艺路线技术进行比较，得出煤制乙二醇与石油基乙二醇可以不同混合比例的方式在聚酯生产中进行使用，具体包括：
（1）甲醇制烯烃工艺路线生产的煤制乙二醇可以完全在聚酯生产中使用，但其制造工艺流程复杂，装置建设的投资费用高；
（2）草酸二甲酯工艺路线生产的煤制乙二醇可以与石油基乙二醇混合后用于聚酯生产，一般煤制乙二醇的占比不宜超过40%，以确保聚酯纤维
的产品质量稳定，改性聚酯品种的生产中，煤制乙二醇的占比应该更为严通过将煤制乙二醇与石油基乙二醇混合使用，发现随着煤制乙二醇占比的上升，聚酯产品的端羧基逐渐发生了变化，其主要原因是草酸及乙醇酸等有机物杂质在聚酯生产过程中发生了支链反应，导致聚酯产品的热稳定性下降。在缩聚反应时，一边聚合度提高，一边出现热降解，直接反映到聚酯的最终分析指标上就是端羧基含量上升。少量的草酸与乙二醇发生酯化反应，在缩聚反应时可能会生成少量的柔性链进入聚酯成品，但如果不规整，则可能随着热降解的发生进一步产生断链现象，表现为纺丝时会出现突然的断丝现象，但喷丝板面却很干净。聚酯产品的端羧基含量可以反映出高分子材料链的规整性，一般控制在30 mol/t，如果端羧基含量上升到35mol/t以上会引起聚酯产品纺丝后加工性能的变化，多呈现为纺丝断头数上升，牵伸丝FDY或DTY的强度指标也会出现不同程度的下降。为确保聚酯熔体直纺生产装置的稳定，该企业的煤制乙二醇在试用过程中并没有继续提高占比，因此纺丝生产未出现明显变化。
参考文献：
［1］ 庞纪峰，郑明远，姜宇，等．乙二醇生产和精制技术研究进展［Ｊ］．化工进展，２０１３，３２（９）：２００６－２０１４．
［2］ 戴本慧，席宏波，周岳溪，等．乙二醇生产废水中特征污染物含量的测定［Ｊ］．化工环保，２０１３，３３（２）：１７５－１７８
论文作者:陈世房
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/27
标签：聚酯论文; 草酸论文; 工艺论文; 路线论文; 聚酯纤维论文; 烯烃论文; 纺丝论文; 《基层建设》2019年第1期论文;